KR101809213B1 - Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

자기 공명 영상 방법은 대상자의 관심 영역(관심 영역) 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스의 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 제1 영상 획득 모듈과는 다른 T2 준비 시간으로, 관심 영역의 상이한 위치들에 배치된 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 및 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTI-SLICE IMAGING OF T2-RELAXATION TIME}
자기 공명 영상화(magnetic resonance imaging; MRI)에 관한 것으로, 구체적으로는 Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 사용하여 T2-가중된(T2-weighted) 영상화 데이터를 획득하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
인간의 조직과 같은 물질이 균일한 자기장, 즉 정자기장(static magnetic field) B0을 받을 때, 조직 내의 여기된 세포핵들(excited nuclei)의 개별 자기 모멘트들이 정자기장 B0과 정렬하려고 시도하지만, 그들의 특징적인 라모 주파수(characteristic Larmor frequency)로 무작위적 순서(random order)에 따라 정자기장 B0에 대하여 세차운동으로 전진한다(precess). 물질이 x-y 평면 내에 있고 라모 주파수 근처인 여기 자기장 B1을 받는 경우, 순 자화 정렬 모멘트(net magnetization aligned moment) Mz는 x-y 평면으로 회전, 즉 기울어져서 순 가로방향 자기 모멘트(net transverse magnetic moment) Mt를 생성할 수 있다. 자기 공명 신호는 여기 자기장 B1이 종료된 후에 여기된 세포핵들, 즉 스핀(spin)들에 의해 방출되고, 자기 공명 신호가 수신되고 처리되어 영상을 형성할 수 있다.
자기 공명 영상 시스템에 있어서, 여기된 스핀들은 수신 코일에서의 진동 사인파 신호(oscillating sine wave signal)를 포함한다. 이 신호의 주파수는 라모 주파수 근처이고, 그의 초기 진폭은 가로방향 자기 모멘트 Mt의 크기에 의해 결정된다. 방출된 MR 신호의 진폭은 시간 경과에 따라 기하급수적으로 감쇠한다.
T2 시간 상수는 스핀-스핀 이완 상수(spin-spin relaxation constant), 또는 가로방향 이완 상수라고 지칭되고, 신호 감쇠를 특징짓는 스핀-스핀 이완 시간에 의해 특징지어진다. T2 상수는 완전히 동질의 자기장에서 여기 자기장 B1을 제거한 후에 스핀들의 정렬된 세차(precession)가 탈위상(dephase)하는 기하급수적 비율에 반비례한다.
생체 조직들은 상이한 T2 값들을 가지며, 이러한 특성은 조직들 간의 대비를 향상시키도록 이용될 수 있다. 따라서, T2는 유용한 MRI 파라미터로서 기능해서, 심장, 뇌, 간 등의 영상화를 포함하는, 광범위한 응용예들 및 질병들에 대한 조직 상태 및 질병 예측의 비침습 측정(non-invasive measurement)을 제공한다.
T2 영상화를 이용하는 하나의 기술은, T2 감쇠 곡선을 다수의 지점에서 샘플링해서, T2 값을 추정하는 정량적 T2 매핑(quantative T2 mapping)이다.
상세하게는, 정량적 T2 매핑은 픽셀 방식(pixel-wise) T2 매핑을 위해 T2 자화 준비(T2 magnetization preparation; T2Prep)와 함께 밸런스드 정상 상태 자유 세차(balanced steady-state free-precession; bSSFP) 또는 경사 에코(gradient echo; GRE) 영상화를 사용한다. 이 기술에서, 다수의 단일 슬라이스 영상이 상이한 T2 준비 에코 시간으로 획득되어 가변형 T2 가중들을 갖는 다수의 영상을 얻는다.
그러나, 관련 기술의 T2 영상화에서, 다수의 T2-가중된 단일 슬라이스 영상이 데이터 획득 중간에 삽입된 3-6초의 휴지 기간(rest period)으로 획득되어, 새로운 T2 값을 갖는 T2Prep의 인가 전에 완전한 신호 회복을 허용한다. 휴지 기간 동안, 자화 펄스들이 인가되지 않고 영상 데이터 획득이 수행되지 않는다. 예를 들면, 심장 영상화에서, 3개의 심장박동 휴지 기간이 사용됨에 따라, 12 심장박동 획득에 걸쳐서 3개의 T2-가중된 영상만이 획득되어, 25%의 데이터 획득 효율을 초래한다. 따라서, 예를 들면 5개의 슬라이스로 전체 좌심실(left ventricle; LV)을 담당하기 위해서, 스캔 시간은 60초이고 이 중에서 45초가 데이터 획득이 없는 대기 시간이며, 긴 스캔 시간으로 이어진다.
또한, 일부 경우에서, 보다 많은 T2Prep 샘플들이 보다 정밀하고 재현 가능한 T2 맵들에 대해 필요할 때, 관련 기술의 스캔들은 보다 길어진다.
또한, 최근에, 심장 영상화에서, 전체 좌심실(LV)을 담당하기 위해서, 보다 긴 획득 시간, 예를 들면 18분을 필요로 하는 3차원(3D) T2 매핑 시퀀스들이 제안되어 있다.
따라서, 신뢰성 있는 재현 가능한 측정들에 의해, 단시간에 정확한 정량적 T2 매핑을 제공하는 장치들 및 방법들이 필요하다.
종래의 자기 공명 영상 장치의 구체적인 구조나 동작은, “Radial cardiac T2 mappig with alternating T2 preparation intrinsically introduces motion correction” (Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 16, 2014.01.16.), 공개특허공보 제10-2013-0118815호 (2013.10.30. 공개), 일본 공표특허공보 특표2006-501919호 (2006.01.19. 공개) 및 공개특허공보 제10-2005-0063707호 (2005.06.28. 공개)에 기재되어 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예는 특정 슬라이스가 회복되는 동안에, 상이한 비섭동 슬라이스들의 데이터 획득을 인터리빙(interleaving)함으로써 자유 호흡(free-breathing) 다중 슬라이스 T2 매핑을 위한 장치들 및 방법들을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
하나 이상의 예시적인 실시예는 슬라이스-선택 T2-준비 펄스(slice-selective T2-preparation pulse)들을 사용하여 생성된 상이한 T2 가중들을 갖는 영상들을 샘플링함으로써, 인터리빙된 다중 슬라이스 획득을 위한 장치들 및 방법들을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
예시적인 실시예의 일 양태에 따르면, MRI 방법은 대상자의 관심 영역(region of interest; ROI) 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스의 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 제1 영상 획득 모듈과는 다른 T2 준비 시간으로, 관심 영역의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 및 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예의 일 양태에 따르면, MRI 장치는 펄스 시퀀스를 생성하고 생성된 펄스 시퀀스를 경사 코일 어셈블리 및 RF 코일 어셈블리에 인가하도록 구성된 펄스 시퀀스 컨트롤러 - 생성된 펄스 시퀀스는 대상자의 관심 영역 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하는 제1 영상 획득 모듈, 및 제1 획득 모듈과는 다른 T2 준비 시간으로 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하는, 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 포함함 -; 및 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하도록 구성된 영상 프로세서를 포함한다.
예시적인 실시예의 일 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램이 기록된 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공되며, 상기 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터에 의해 실행된 때, 컴퓨터가, 대상자의 관심 영역 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스의 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 제1 획득 모듈과는 다른 T2 준비 시간으로, 관심 영역의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 및 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하는 단계를 포함하는 방법을 실행하게 한다.
상술한 Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 위한 방법 및 장치에 의하면, 특정 슬라이스가 회복되는 동안에, 상이한 비섭동 슬라이스들의 데이터 획득을 인터리빙함으로써 자유 호흡 다중 슬라이스 T2 매핑을 수행할 수 있게 된다.
상술한 Ｔ2-이완 시간의 다중 슬라이스 영상화를 위한 방법 및 장치에 의하면, 슬라이스-선택 T2-준비 펄스들을 사용하여 생성된 상이한 T2 가중들을 갖는 영상들을 샘플링함으로써, 인터리빙된 다중 슬라이스를 획득할 수 있게 된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 MRI 장치의 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 T2-가중된 데이터를 획득하기 위한 펄스 시퀀스의 도면이다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 펄스 시퀀스의 도면이다.
도 3b는 대상자의 관심 영역의 개략도이다.
도 3c는 예시적인 실시예에 따른 펄스 시퀀스의 도면이다.
도 4a는 예시적인 실시예에 따른 펄스 시퀀스의 도면이다.
도 4b는 예시적인 실시예에 따른 펄스 시퀀스의 도면이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 슬라이스-선택 T2 준비 시퀀스에 대한 도면 이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 슬라이스 갭 및 슬라이스 두께를 도시하는 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 MRI 장치의 일부분을 도시하는 도면이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 9는 상이한 T1 및 T2 시간에 의한 상이한 팬텀 바이얼(phantom vial)들에서의 T2 측정의 그래프를 나타내는 도면이다.
도 10a, 도 10b, 및 도 10c는 회귀 분석을 나타내는 도면이다.
도 11은 T2 맵들의 예를 나타내는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 T2 정량화의 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 체내(in-vivo) T2 정량화의 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14a, 도 14b, 및 도 14c는 T2 매핑의 심근 세그먼트 기반 분석(myocardial segment-based analysis)을 나타내는 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 대상자들의 전체 슬라이스 기반 T2 맵 품질의 주관적인 정성 분석(subjective qualitative analysis)을 나타내는 도면이다.
소정의 예시적인 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
다음의 설명에서, 다른 도면들에서도 유사한 구성요소들에 대해 유사한 도면 참조 번호들이 사용된다. 설명에서 정의되는 사항들, 예를 들면 상세한 구성 및 구성요소들은 예시적인 실시예들의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나, 예시적인 실시예들이 그러한 특별히 정의된 사항들 없이 실행될 수 있음이 명백하다. 또한, 잘 알려진 기능들 또는 구성들은 불필요한 상세에 의해 설명을 모호하게 할 것이므로 상세하게 설명하지 않는다.
도 1을 참조하면, MRI 장치(100)의 일례가 도시되어 있다. MRI 장치(100)는 자석 어셈블리(124) 및 디스플레이(104), 키보드, 마우스, 마이크로폰, 조이스틱 등과 같은 하나 이상의 입력 장치(106), 및 프로세서(108)를 포함하는 조작자 워크스테이션(102)을 포함할 수 있다.
조작자 워크스테이션(102)은 스캔 순서가 MRI 장치(100) 내에 입력될 수 있게 하는 조작자 인터페이스를 제공한다. 예를 들면, 조작자 워크스테이션(102)은, 무선 및/또는 유선으로 접속을 제공하도록, 임의의 적절한 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있는 통신 장치(117)를 통해 상호 연결될 수 있는, 펄스 시퀀스 컨트롤러(110), 데이터 버퍼(112), 데이터 프로세서(114), 데이터 저장 서버(116), 커브 피터(curve fitter)(150), 및 영상 프로세서(152) 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 일례로서, 통신 장치(117)는 사설 네트워크, 전용 네트워크, 및/또는 인터넷과 같은 개방 네트워크를 포함할 수 있다.
자석 어셈블리(124)는 주 자석(126), 경사 코일 어셈블리(122), 및 RF 코일 어셈블리(128)를 포함하며, 이들은 최외측으로부터 보어(115) 방향으로 순서대로 연속적으로 배열된다. 대상체(119)는, 자석 시스템(124)의 보어(115)로 이동되는 테이블(121) 위에 위치하고, 이에 따라 자기장이 대상체(119)에 인가될 수 있다. 주 자석(126)은 개방형 자석일 수 있다.
주 자석(126)은 자석 시스템(124)의 보어(115) 내에 정자기장 B0을 생성한다. 정자기장 B0의 방향은 대상체(119)의 신체 축(27)에, 즉 대상체(119)의 길이 방향 축에 평행하거나 수직일 수 있다.
펄스 시퀀스 컨트롤러(110)는 조작자 워크스테이션(102)으로부터 수신된 명령어들에 응답하여 경사 컨트롤러(118) 및 RF 송수신기(120)를 동작시키도록 기능한다.
미리 정해진 스캔을 수행하도록 경사 파형들이 생성되고 경사 컨트롤러(118)에 인가된다. 경사 컨트롤러(118)는 경사 코일 어셈블리(122)의 경사 코일들과 연결되고, 신호 펄스들을 출력해서 자기장 경사들을 형성한다. 경사 컨트롤러(118)는 서로 직교하고 위치 인코딩 및 슬라이스 선택을 위해 사용되는 X축, Y축, 및 Z축 방향에서의 자기장 경사를 각각 생성하는 경사 코일 어셈블리(122)의 X, Y, 및 Z 경사 코일들에 대응하는 구동 회로들을 포함할 수 있다.
RF 송수신기(120)는 RF 코일 어셈블리(128)와 연결되어 RF 펄스 및/또는 RF 펄스의 인가에 관련된 신호를 RF 코일 어셈블리(128)에 인가한다. 도 1에 도시된 바와 같이, RF 코일 어셈블리(128)는 송신/수신 코일로서 기능할 수 있는 전신(whole-body) 코일을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, RF 코일 어셈블리(128)는 RF 펄스를 대상자에 송신하고/하거나 대상자로부터 MR 신호들을 수신하도록 구성될 수 있는 로컬 RF 코일 또는 코일들을 포함할 수 있다. 예를 들면, RF 송수신기(120)는, 대상자에 RF 펄스들을 인가해서 미리 정해진 자기 공명 펄스 시퀀스를 수행하도록, RF 펄스 시퀀스를 RF 코일 어셈블리(128)의 전신 코일 또는 로컬 코일에 송신하는 RF 송신기(123)를 포함할 수 있다. 대상자로부터의 MR 신호들은 RF 코일 어셈블리(128)의 전신 코일 또는 로컬 코일에 의해 검출되고, RF 송수신기(120)의 RF 수신기(125)에 의해 수신될 수 있다. 여기서 MR 신호들은, 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)로부터 수신된 커맨드들에 기초하여, 증폭되고, 복조되며, 필터링되고, 디지털화된다. RF 송신기(123)는 MRI 펄스 시퀀스들에서 사용되는 매우 다양한 RF 펄스들을 생성할 수 있다. 스캔 처방 및 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)의 제어에 응답하여, RF 송신기(123)는 원하는 주파수, 위상, 및 펄스 진폭의 RF 펄스들을 생성할 수 있다.
RF 수신기(125)는 하나 이상의 RF 수신기 채널을 포함할 수 있다. 각 RF 수신기 채널은 RF 코일 어셈블리(128)에 의해 수신된 MR 신호를 증폭하는 연관된 RF 전치 증폭기, 및 수신된 MR 신호의 동상(in phase) 및 직각(quadrature) 성분을 검출하고 디지털화하는 검출기를 포함할 수 있다. 따라서, 수신된 MR 신호의 크기는 동상 및 직각 성분, 즉 I 및 Q 채널의 제곱의 합의 제곱근에 의해 임의의 샘플링된 지점에서 결정될 수 있다:
[수학식 1]
Figure 112015097115823-pat00001
수신된 MR 신호의 위상은 다음과 같이 결정될 수 있다:
[수학식 2]
Figure 112015097115823-pat00002
펄스 시퀀스 컨트롤러(110)는 선택적으로 생리적(physiological) 획득 컨트롤러(130)로부터 환자 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 생리적 획득 컨트롤러(130)는 대상체(119)에 연결된 상이한 센서들로부터 생리 정보 신호들, 예를 들면 심전도(electrocardiograph; ECG) 신호들 및/또는 호흡 벨로즈(respiratory bellows) 또는 다른 호흡 감시 장치로부터의 호흡 확장을 나타내는 호흡 신호들을 수신할 수 있다. 심전도 정보 신호들은 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)에 의해 사용되어, 대상자의 심장박동 및/또는 호흡에 대한 스캔의 실행을 동기화하거나 게이트(gate)화할 수 있다.
펄스 시퀀스 컨트롤러(110)는 대상체(119)의 상태 및 자석 시스템과 연관된 다양한 센서로부터 신호들을 수신하는 스캔룸 인터페이스에 연결될 수 있다. 예를 들면, 스캔룸 인터페이스(132)는 환자 위치 설정 시스템(134)에 커맨드들을 제공하여, 스캔 동안에 테이블(121) 위에 거치된 대상체(119)를 원하는 위치로 이동시킨다.
RF 송수신기(120)에 의해 생성된 디지털화된 MR 신호 샘플들이 데이터 버퍼(112)에 의해 수신된다. 데이터 버퍼(112)는 조작자 워크스테이션(102)으로부터 수신된 명령어들에 응답하여 동작해서 실시간 자기 공명 데이터를 수신하고 버퍼 스토리지를 제공하여, 데이터 초과에 의해 데이터가 소실되지 않게 한다.
스캔의 또 다른 동작을 제어하기 위하여 자기 공명 데이터로부터 유도된 정보를 필요로 하는 스캔에 있어서, 데이터 버퍼(112)는 이러한 정보를 생성하고 이를 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)에 전달하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 사전 스캔 동안, 자기 공명 데이터가 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)에 의해 수행된 펄스 시퀀스를 조정하도록 획득되고 사용될 수 있다. 다른 예로서, 내비게이터(navigator) 신호가 RF 송수신기(120) 및/또는 경사 컨트롤러(118)의 작동 파라미터들을 조절하도록, 또는 k-스페이스가 샘플링되는 보기 순서(view order)를 제어하도록 획득되고 사용될 수 있다. 다른 예로서, 데이터 버퍼(112)가, 예를 들면 자기 공명 혈관 조영(MR angiography; MRA) 스캔에서, 조영제(contrast agent)의 도착을 검출하는 데에 사용되는 MR 신호들을 처리할 수 있다. 예를 들면, 데이터 버퍼(112)는 자기 공명 데이터를 획득하고 이를 실시간으로 처리해서 스캔을 제어하는 데에 사용되는 정보를 생성할 수 있다.
데이터 프로세서(114)는 데이터 버퍼(112)로부터 자기 공명 데이터를 수신하고 이를 조작자 워크스테이션(102)으로부터 다운로드된 명령어들에 따라 처리할 수 있다. 데이터 프로세서(114)는 상이한 MR 파라미터 값들을 갖는 영상 데이터 세트들을 얻어서 MR 파라미터 맵을 생성할 수 있다. MR 파라미터 맵은 T1 맵, T2 맵 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
영상 프로세서(152)는 얻어진 데이터 세트에 기초하여 MR 파라미터 맵을 형성할 수 있다. 예를 들면, 영상 프로세서(152)는 로우(raw) k-스페이스 데이터의 푸리에 변환을 수행하고, 영상 재구성 알고리즘들, 예를 들면, 반복 또는 백프로젝션(backprojection) 재구성 알고리즘들을 수행하며, 로우 k-스페이스 데이터에 또는 재구성된 영상 데이터에 필터링을 적용하고, 기능적 자기 공명(functional magnetic resonance; fMR) 영상들을 생성하며, 모션 또는 플로우 영상들을 계산하는 것 등에 의해 2차원(2D) 또는 3차원(3D) 영상들을 재구성하는 것 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
커브 피터(150) 및 영상 프로세서(152)가 도 1에서는 데이터 프로세서(114)로부터 분리된 구성요소들로서 도시되어 있지만, 커브 피터(150) 및/또는 영상 프로세서(152)는 데이터 프로세서(114) 내에 포함될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들에 따라서, 커브 피터(150) 및 영상 프로세서(152) 중 적어도 하나가 생략될 수 있고, 데이터 프로세서(114)는 커브 피터(150) 및 영상 프로세서(152) 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다.
영상 프로세서(152)에 의해 재구성된 영상들은 조작자 워크스테이션(102)에 전송될 수 있고/있거나 저장될 수 있다. 실시간 영상들이 데이터베이스 메모리 캐시(도시하지 않음) 내에 저장될 수 있고, 그로부터 영상들이 조작자 디스플레이(112) 또는 자석 어셈블리(124) 근처에 위치하는 디스플레이(136)에 출력될 수 있다. 배치(batch) 모드 영상들 또는 실시간 영상들이 디스크 스토리지(138) 또는 원격 서버(도시하지 않음) 상의 호스트 데이터베이스 내에 저장될 수 있다. 영상들이 재구성되고 스토리지에 전송되면, 영상 프로세서(152)는 조작자 워크스테이션(102), 즉 사용자에게 통지할 수 있다. 조작자 워크스테이션(102)은 조작자가 영상들을 보관(archive)하거나, 필름들을 생성하거나, 또는 영상들을 네트워크를 통해 다른 설비들에 송출하는 데에 사용될 수 있다.
MRI 장치(100)는 하나 이상의 네트워크형 워크스테이션(142)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 네트워크형 워크스테이션(142)은 디스플레이(144), 키보드 및 마우스와 같은 하나 이상의 입력 장치(146), 및 프로세서(148)를 포함할 수 있다. 네트워크형 워크스테이션(142)은 조작자 워크스테이션(102)과 동일한 설비 내에, 또는 상이한 설비, 예를 들면 상이한 헬스케어 연구소 또는 클리닉에 위치할 수 있다.
네트워크형 워크스테이션(142)은 통신 장치(117)를 통해 데이터 프로세서(114), 커브 피터(150), 영상 프로세서(152), 및/또는 데이터 저장 서버(115)로의 원격 액세스를 하게 한다. 이와 같이, 자기 공명 데이터, 재구성된 영상들, 또는 다른 데이터가 네트워크형 워크스테이션(142)과 교환될 수 있어, 데이터 또는 영상들이 네트워크형 워크스테이션(142)에 의해 원격으로 처리될 수 있다. 데이터는 임의의 적절한 포맷으로, 예를 들면 전송 제어 프로토콜(transmission control protocol; TCP), 인터넷 프로토콜(Internet protocol; IP), 또는 다른 적절한 프로토콜들에 따라 교환될 수 있다.
도 7을 참조하면, 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)는 펄스 시퀀스의 실행을 제어하도록 T2-준비 시퀀스 생성기(602) 및 영상화 시퀀스 생성기(604)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, T2 가중된 영상화 프로세스(200)가 도시되어 있다. 프로세스(200)는, 예를 들면, ECG 신호를 심장 사이클에서의 기간, 예를 들면 심장 확장 기간(diastolic period)(204)을 결정하는 데에 사용되는 트리거(202)로서 사용하는, 동조화된 획득(gated acquisition)일 수 있다. T2-준비 시퀀스 생성기(602)는 시간 지연이 끝난 후에 트리거(202)에 기초하여 T2-준비 모듈(206)을 실행할 수 있고, 이에 따라 영상화 시퀀스 생성기(604)는 영상화 시퀀스를 실행할 수 있으며, 영상 데이터가 영상 획득(208)에서 획득될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 도 2의 T2 가중된 펄스 시퀀스가 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)에 의해, 펄스 시퀀스(300)를 생성하도록 예시적인 실시예에 따라 적응될 수 있다.
펄스 시퀀스(300)는 제1, 제2, 및 제3 영상 획득 모듈(I1, I2, 및 I3) 및 T2 가중된 영상들을 획득하도록 수행될 수 있는 포화 영상 획득(ISAT)을 개념적으로 도시한다. 3개의 영상 획득 모듈(I1 내지 I3)만이 도시되고 설명되지만, 이는 비한정 예이며, 영상 획득 모듈의 수 N은 대응하는 수의 영상들을 획득하도록 3개보다 많은, 예를 들면 4, 5, ... 10, ... 15 등일 수 있다.
제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1, I2, 및 I3) 각각은 T2-준비 시퀀스 생성기(602)에 의해 실행되는, 상이한 T2-준비 모듈(3041, 3042, 및 3043), 즉 상이하게 설정된 파라미터들을 갖는, 예를 들면 상이하게 설정된 시간 에코 길이들 TET2P를 갖는 T2-준비 펄스 시퀀스들을 포함한다. 예를 들면, 제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1, I2, 및 I3)은 0ms, 25ms, 및 50ms의 3개의 상이한 T2Prep 에코 시간으로 수행되고, 그런 다음, 포화 영상 획득(ISAT)이 매우 장시간의 시뮬레이팅 무한대로 수행된다. 제1 영상 획득 모듈(I1)은 TET2P = 0ms에서의 샘플링에 대응할 수 있다.
제1 내지 제3 획득 모듈(I1, I2, 및 I3) 각각은 대상자의 MR 영상 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스들을 포함하는 대응하는 영상화 모듈들(3061, 3062, 및 3063)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 영상화 모듈들(3061 내지 3063)은 영상화 시퀀스 생성기(604)에 의해 실행되는 영상화 시퀀스들을 포함할 수 있다.
이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 예시적인 실시예에서, T2-준비 모듈(3041, 3042, 및 3043)은, 각각의 제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1 내지 I3) 이내에서 다수의 슬라이스의 획득을 허용하도록 슬라이스-선택 경사들을 포함할 수 있고, 슬라이스-선택 펄스들을 사용하여 각각의 제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1, I2, 및 I3)에서의 데이터 획득을 위해 상이한 슬라이스들을 선택하면서, 각각의 제1 내지 제3 영상 획득 모듈((I1, I2, 및 I3)마다 상이한 TET2P 시간으로 연속적으로 실행된다.
예시적인 실시예에서, 각 영상 획득 후, 관련 기술에서와 같이, 슬라이스의 다음의 영상 데이터 획득 또는 다음의 T2-가중을 수행하기 전에 자화 회복을 대기할 필요가 없다. 대신에, 펄스 시퀀스(300)는 특정 슬라이스 내의 스핀들이 최종 획득으로부터 회복하는 동안에 나머지 슬라이스들의 영상화를 허용하도록 할 수 있게 된다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 각 싱글샷(single-shot) 영상의 획득 후에 자화 회복을 위한 긴 대기 시간의 필요 없이, 예를 들면 관련 기술의 3초 내지 6초의 휴지 기간 없이 고속의 인터리빙 다중 슬라이스를 허용할 수 있게 된다. 이에 따라, 스캔 시간이 적어도 25%까지 감축될 수 있어, T2 매핑을 임상 스캔들에서 적용하는 것을 보다 실현 가능하게 한다.
시퀀스(300)의 종료 시, 포화 시퀀스 생성기(606)는, 포화 영상 획득(ISAT)을 수행하도록 대응하는 트리거 신호(202) 이후에 시간 지연으로, z축을 따라 모든 자화를 소멸시키는 것을 돕는 포화(SAT) 펄스(310SAT)를 실행할 수 있다. 예를 들면, 영상화 시퀀스 생성기(604)는 영상화 모듈(306SAT)의 실행을 제어해서 선행하는 SAT 펄스(310SAT)의 실행 후에 포화 영상 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들면, SAT 펄스(310SAT)는 RF 펄스들 중간에 크러셔 경사(crusher gradient)들을 갖는 4개의 직사각형 90° RF 펄스 트레인을 포함하는 합성 포화 펄스를 포함할 수 있다. RF 펄스들의 대역폭은 약 1kHz일 수 있고, 합성 총 지속기간은 10ms일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
도 3b를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 데이터 프로세서(114)는 제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1 내지 I3) 각각에서의 데이터 획득 및 M개의 슬라이스(330)에 대한 포화 영상 획득(ISAT), 예를 들면 5개의 상이한 슬라이스(302, 304, 306, 308, 및 310), 예를 들면 제1 슬라이스, 제2 슬라이스, 제3 슬라이스, 제4 슬라이스, 및 제5 슬라이스 각각에 대하여 총 5개의 싱글샷 영상 획득을 제어할 수 있다. 그러나, 슬라이스의 수 M은 5개에 한정되지 않고, 2개, 3개, 4개, 6개, ... 10개 등일 수 있다.
슬라이스들(330), 예를 들면, 제1 슬라이스(302), 제2 슬라이스(304), 제3 슬라이스(306), 제4 슬라이스(308), 및 제5 슬라이스(310)는 대상자의 관심 영역(332) 또는 대상자의 관심 영역의 일부분을 가로지르는 상이한 공간 위치에 위치할 수 있고, 각 슬라이스(302, 304, 306, 308, 및 310)의 데이터 획득은 슬라이스들의 대응하는 상이한 위치에서 하나의 슬라이스의 조직의 슬라이스-선택 여기 및 싱글샷 획득을 이용하여 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 슬라이스들(330) 각각의 하나의 데이터 획득은, 단일 슬라이스-선택 자화 준비 후, 인접하는 슬라이스 또는 사전에 영상화되어 있는 슬라이스의 자화 회복 동안에 차례로 진행된다. 슬라이스들(302, 304, 306, 308, 및 310)이 관심 영역(332) 내의 5개의 연속 위치에 배치된 슬라이스들로서 도시되어 있지만, 슬라이스들은 불연속적으로, 예를 들면 인접하는 슬라이스들의 각 쌍 사이에 물리적인 갭을 두고서 위치할 수 있다. 또한, 슬라이스들은 슬라이스들의 해부학적으로 배열된 순서로 획득될 필요가 없고, 사용자에 의해 특정된 무작위 순서로 획득될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예는 슬랩(slab)들, 세그먼트들 등에 적용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 각 T2Prep 에코 시간, 예를 들면 0ms, 25ms, 및 50ms마다, 상이한 영상 획득 모듈들에서 ECG-트리거형 싱글샷 획득을 이용하여 한번에 각 슬라이스가 획득된다. 이 공정은 상이한 TET2P 에코 시간 동안 반복되고, 여기서 각 영상이 슬라이스-선택 T2Prep 펄스 이후에 획득된다. 마지막으로, 영상 획득의 최종 반복이 각 슬라이스-선택 T2Prep 펄스를 포화 펄스로 대체함으로써 수행되어 매우 긴 TET2P(즉, TET2P = 8)의 효과를 시뮬레이팅한다. TET2P = 0ms에 있어서, -90° 바로 다음에 따르는 90° 펄스는 대기 시간과, 중간의 리포커싱(refocusing) 펄스들 없이 사용될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상이한 슬라이스들의 영상 데이터 획득이 제2 영상 획득 모듈(I2)을 참조하여 도시되어 있다.
제2 영상 획득 모듈(I2) 동안에, 자화 준비에 의한 영상 획득이 각각의 슬라이스들(330), 예를 들면, 제1 슬라이스(302), 제2 슬라이스(304), 제3 슬라이스(306), 제4 슬라이스(308), 및 제5 슬라이스(310)로부터 영상 데이터를 획득하도록 수행된다. 설명한 예에서, 슬라이스들의 수 M은 5개와 같지만, 이에 한정되지 않는다.
슬라이스들(330) 각각에 대한 데이터 획득은 ECG 신호(202)에 기초하여, 예를 들면 시간 지연으로 트리거될 수 있다. 상세하게는, 각각의 자화 준비 모듈들(320, 322, 및 324 내지 326)은 제1, 제2, 및 제3 내지 제M 데이터 획득 블록(S1, S2, 및 S3 내지 SM) 각각의 개시 시에 실행되는 각각의 내비게이터 펄스들(350, 352, 및 354 내지 356)을 추종한다. 각각의 슬라이스 영상화 모듈들(340, 342, 및 344 내지 346)은 자화 준비 모듈들(320 내지 326) 다음에 실행된다.
상술한 데이터 획득 블록들(S1 내지 SM)은 상이한 TET2P로 제1 및 제3 영상 획득 모듈(I1 및 I3)에서 마찬가지로 수행된다. 그러나, 제1 영상 획득 모듈(I1)이 TET2P = 0ms에서의 샘플링에 대응할 수 있기 때문에, 자화 준비 펄스들은 제1 영상 획득 모듈(I1)의 실행에 있어서 자화 준비 모듈들(320 내지 326)에서 수행되지 않는다.
예를 들면, 5개의 모든 슬라이스의 커버리지 및 충분한 회복 시간을 더욱 용이하게 하기 위해서, 영상 획득은 자유 호흡 중에 수행될 수 있다. 호흡에 기인하여 생길 수 있는 관통-평면 모션(through-plane motion)을 보상하기 위해서, 예를 들면 우측편 횡경막(right-hemi-diaphragm) 상에 위치하고 각 T2Prep 펄스 직전에 획득되는 펜슬-빔 호흡기 내비게이터(pencil-beam respiratory navigator)를 사용하여 전향적 슬라이스 트랙킹(prospective slice tracking)이 수행될 수 있다. 펜슬-빔 내비게이터 기술들은 당 기술분야에 숙련된 자에게 알려져 있고, 따라서 과도한 상세들은 생략한다.
도 4a를 참조하면, 펄스 시퀀스 부분이 도시되어 있다. 예를 들면, 펄스 시퀀스 부분(400)은 복수의 이러한 펄스 시퀀스 부분을 포함할 수 있는 도 3a를 참조하여 상술한 펄스 시퀀스(300)의 부분일 수 있다. 펄스 시퀀스 부분(400)은 제1 내지 제3 영상 획득 모듈(I1 내지 I3)의 데이터 획득 블록들 중 하나를 표현하는 데이터 획득 블록(Sk)에 대응할 수 있다.
펄스 시퀀스 부분(400)은 예시적인 실시예에 따른, T2-준비 모듈(4121)에 선행하는 내비게이터 펄스(402)를 포함하는 내비게이터 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들면, 내비게이터 모듈을 사용함으로써 획득된 데이터는 차후의 데이터 획득 블록들(S1 내지 SM) 각각을 동조화하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 내비게이터 모듈을 사용하여 획득된 데이터는 호흡을 트랙킹하는 데에 사용될 수 있다. 호흡을 트랙킹하는 도시된 예에서, 영상화되는 대상자의 횡경막의 위치가 위치 그래프(404)로 도시된 바와 같이, 시간 경과에 따라 트랙킹될 수 있다. 위치 그래프(404) 상의 위치 정보는 채택된 횡경막 위치들의 범위(410)를 표시하는 한 세트의 위치 임계값들(406, 408)과 비교될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 내비게이터 펄스(402)는 용인된 횡경막 위치들의 범위(410) 이내에 있는 시간인, T2-준비 모듈(4121) 전에 그리고 연관된 영상화 모듈(4141) 전에 인가된다. 즉, 내비게이터 펄스(402)를 사용하여 획득된 영상 데이터에 의해 결정된 바와 같은 트랙킹된 생리적 이동이 채택된 범위(410) 이내인 경우, T2-준비 모듈(4121)이 적용되고 영상화 모듈(4141)이 그 후에 수행된다.
내비게이터 펄스(401)의 위치가 채택된 횡격막 위치들의 범위(410) 외측인 경우, T2-준비 펄스들 또는 영상화 펄스들이 인가되지 않는다. 영상 데이터는 내비게이터 펄스 및 데이터 획득 블록을 실행함으로써 다음의 RR 간격에서 획득된다. 내비게이터 펄스들은 내비게이션 시퀀스 생성기(608)에 의해 실행될 수 있고, 내비게이터 영상 데이터는 데이터 프로세서(114)에 의해 획득되고 처리될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 펄스 시퀀스 부분(418)이 도시되어 있다. 예를 들면, 펄스 시퀀스 부분(418)은 도 3a를 참조하여 상술한 펄스 시퀀스(300)의 부분일 수 있다. 펄스 시퀀스 부분(418)의 일부분은 도 4a를 참조하여 상술한 펄스 시퀀스 부분(400)과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 펄스 시퀀스 부분(418)은 SAT 펄스(420SAT)에 선행하는 내비게이터 펄스(403)를 포함한다.
도 4b는 최종 영상 획득 모듈(IN)의 최종 데이터 획득 블록(SM)이 수행되고 내비게이터 펄스(403)를 사용하여 획득된 내비게이터 영상 데이터가 트랙킹된 생리적 이동의 위치가 범위(410) 이내인 것을 표시하는 경우를 도시하고 있다. 따라서, SAT 펄스(420SAT)가 실행되고 다음에 영상화 모듈(414SAT)이 추종된다.
상술한 호흡기 트랙킹은 단지 예일뿐이다. 상술한 시스템들 및 방법들은 다양한 영상화 응용예들에 적용 가능하며, 비한정 예로서, 호흡기 및/또는 심장 사이클을 트랙킹할 수 있거나, 다른 센서들 또는 기구들을 사용하여 영상화를 트리거할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제M 데이터 획득 블록(S1 내지 SM)은 휴지 기간 없이 수행되고, 상이한 슬라이스들(302, 304, 306, 308, 및 310) 각각에 대한 하나의 영상 획득이 각 데이터 획득 블록 동안에 실행된다. 이는, 예시적인 실시예에서, 관련 기술의 휴지 기간이 데이터 획득 블록들(S1 내지 SM)을 실행함으로써 상이한 위치들에 위치한 슬라이스들의 슬라이스-선택 영상화에서 사용되기 때문에, 관련 기술의 T2 매핑 프로토콜들과 대조된다. 즉, 제1 데이터 획득 블록(S1)에서의 제1 슬라이스(302)의 획득 다음의 시간이 제2 내지 제5 슬라이스(304, 306, 308, 및 310) 중 적어도 하나를 획득하는 데에 사용되는 한편, 제1 슬라이스(302)가 회복된다. 이는 넓은 휴지 기간의 필요 없이 고속의 인터리빙 영상화를 허용한다.
그러나, 각 슬라이스의 자화에 대한 회복 시간은 심박수에 따라 다르다. 5개의 슬라이스의 설명된 비한정 예에서, 동일한 슬라이스에 대한 2개의 다음 영상 간의 시간 차는 5회의 심장박동(즉, 5×(R-R 간격) 초)이다. 따라서, 보다 짧은 R-R 간격을 갖는 상승된 심박수의 경우, 슬라이스의 이완 시간이 감소되어, 동일한 슬라이스의 차후 영상들의 T2 가중에 영향을 미칠 수 있는 회복을 위한 시간을 적게 할 수 있다. 따라서, 상승된 심박수를 갖는 환자들에 대해, 최소의 휴지 기간이 동일 슬라이스에 대한 데이터 획득들 사이에 삽입될 수 있다.
예를 들면, 자화 준비 펄스들 또는 영상화 펄스들이 없는 휴지 기간은 전부 또는 일부의 데이터 획득 블록(S1 내지 SM)의 실행 전에 삽입될 수 있다. 휴지 기간은 상승된 심박수의 비율에 따라, 1 내지 10초일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
예시적인 실시예에서 영상화될 설명된 슬라이스들의 수는 5개이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 적어도 5개의 심박수(60bpm의 심박수에 대해 ~ 5초)의 신호 회복을 허용하기 위해서, 슬라이스들의 수는 = 5 슬라이스일 수 있어 획득 시간 대 슬라이스 커버리지의 측면에서 시퀀스의 처리량을 최대화한다. 한편, 획득된 슬라이스들의 수가 5 미만인 경우, 휴지 기간이 삽입될 수 있지만, 시퀀스의 시간 효율은 감소될 수 있다. 보다 많은 슬라이스를 획득함에 따라, 동일 슬라이스에 대해 차후의 데이터 획득들 사이에서 보다 많은 시간이 초래될 것이고, 이에 따라 상승된 심장박동의 휴지 기간이 보다 큰 수의 슬라이스들의 획득으로 생략될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예의 슬라이스-선택 T2 준비 시퀀스(600)에 대한 시퀀스도를 나타낸다. 슬라이스-선택 T2 준비 시퀀스(600)는 4개의 비선택 180° 리포커싱 펄스들이 추종되는, 팁-다운(tip-down) 슬라이스-선택 90° 펄스(610)를 포함할 수 있다. 슬라이스-선택 T2 준비 시퀀스(600)는 클로징 팁-업(closing tip-up) 슬라이스-선택 90° 펄스(612)로 종결된다. 하드-펄스(hard-pulse)가 2.4kHz의 대역폭 및 0.88ms의 지속기간을 갖는 오프닝 및 클로징 90° 펄스를 위해 사용될 수 있다. 2개의 T2Prep 90° 펄스들 중간에 슬라이스 선택 경사들을 처리하는 것으로부터 초래될 수 있는 자극 에코 인공물(stimulated echo artifact)들을 최소화하기 위해서, 제2 90° 펄스에 대한 리포커싱 경사가 반전되어, 2개의 90° 펄스 중간에 경사들 0번째 모멘트들에 대해 완전한 무효화를 달성한다. 리포커싱 펄스들에 대해, 합성 리포커싱 펄스들(90°x, 180°y, 90°z)이 B1 자기장에서의 변동들에 대한 제2 순서 보정을 제공하는 데에 사용될 수 있고, MLEV(Malcolm Levitt's) 대향 펄스 쌍들 체계(scheme) 내에 가중되어 RF 펄스 형상 결함들을 보상할 수 있다. 각 리포커싱 펄스의 지속기간은 1.75ms일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. MLEV 기술은 당 기술분야에 숙련된 자에게 알려져 있고, 따라서 상세들은 생략된다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, T2 준비 및 여기 펄스들에 대한 슬라이스 갭 및 슬라이스 두께를 도시하고 있다. T2Prep 합성의 슬라이스-선택 90° 펄스들이 슬라이스 결함의 영향을 최소화하도록 영상화 슬라이스의 두께 d1보다 대략 2배 클 수 있는 슬라이스 두께 d3으로 인가될 수 있다. 참조부호 d2는 영상화 슬라이스들 간의 갭의 두께를 표기한다.
상술한 바와 같이, 상이한 슬라이스들에 대한 데이터 획득은 슬라이스-선택 T2 준비 펄스 및 여기 펄스들 양쪽의 슬라이스 크로스토크 효과(slice cross-talk effects)를 최소화하도록 인터리빙된다. 또한, 5개의 슬라이스의 획득이 동일한 슬라이스의 2개의 획득 사이에 5회의 심장박동의 회복 시간을 허용한다. 따라서, 이러한 접근법은 각 T2Prep 전에 완전한 스핀 회복을 보장하도록 관련 기술의 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스들에서 사용되는 추가적인 3-6초 휴지 기간의 필요성을 제거한다.
도 7에서, T2 준비 시퀀스 생성기(602), 영상화 시퀀스 생성기(604), 포화 시퀀스 생성기(606), 및 내비게이션 시퀀스 생성기(608)가 펄스 시퀀스 컨트롤러(110) 내에 포함되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)는 도시된 구성요소들 중 일부를 생략할 수 있거나 보다 많은 수의 구성요소를 가질 수 있다. 또한, T2 준비 시퀀스 생성기(602), 영상화 시퀀스 생성기(604), 포화 시퀀스 생성기(606), 및 내비게이션 시퀀스 생성기(608) 중 하나 이상은 펄스 시퀀스 컨트롤러(110)와는 분리된 구성요소들일 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 내지 제N 영상 획득 모듈(I1 내지 IN) 중 하나가 동작 S8에서 실행될 수 있다.
동작 S10에서, ECG 신호가 검출된다.
동작 S20에서, NAV 펄스가 인가되어, T2 준비 모듈에 바로 선행한다.
동작 S30에서, NAV 신호가 슬라이스들(330) 중 하나의 획득에 대해, 동조화 윈도우(410) 외측에 있는지의 여부가 결정된다. NAV 신호가 동조화 윈도우(410) 외측에 있다고 결정된 경우, T2 준비 또는 영상화 펄스가 인가되지 않고, 슬라이스의 획득이 다음의 R-R 간격으로 수행된다. NAV 신호가 동조화 윈도우(410) 이내에 있다고 결정된 경우, T2 슬라이스-선택 자화 준비 모듈이 동작 S32에서, 원하는 T2 준비 시간으로 인가되고, 동작 S34에서의 데이터 획득이 추종된다.
원하는 T2 준비 시간으로 현재의 영상 획득 모듈의 모든 슬라이스가 획득되지 않은 것으로 결정된 경우(동작 S40), 공정은 다음의 ECG 신호로 반복된다(동작 S10).
원하는 T2 준비 시간으로 현재의 영상 획득 모듈의 모든 슬라이스들이 획득된 것으로 결정된 경우(동작 S40), 모든 영상 획득 모듈(I1 내지 IN)이 동작 S42에서 수행되는지의 여부가 결정된다.
모든 영상 획득 모듈(I1 내지 IN)이 수행되지 않은 것으로 결정된 경우, 공정은 다음의 영상 획득 모듈로 이동하고(동작 S44), 다음의 영상 획득 모듈을 실행함으로써 상이한 T2 준비 시간으로 반복된다(동작 S8).
모든 원하는 T2 준비 시간으로 모든 영상 획득 모듈(I1 내지 IN)이 수행된 것으로 결정된 경우, SAT 펄스가 인가되고 포화-준비(SAT) 영상이 동작 S70에서 획득된다. SAT 펄스는 ECG 신호 후에 시간 지연으로 인가되는 내비게이터 펄스에 후속해서 인가될 수 있다.
슬라이스들(302, 304, 306, 308, 및 310) 각각의 획득을 위해 선택적인 여기를 사용함으로써, 각각의 차후 슬라이스 획득만이 단일 슬라이스에서의 자화를 교란시키는 반면에, 다른 슬라이스들이 교란되지 않고 잔류한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 상이한 슬라이스들을 위한 샘플링이 휴지 기간의 필요 없이 달성되어, 실질적으로 스캔 시간이 감소된다.
상이한 슬라이스들(330)의 싱글샷 영상들의 다수 세트를 획득하는 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스를 사용함으로써 상술한 데이터 획득 방법을 수행한 후, 예를 들면 영상 프로세서(152)에 의해 영상 재구성이 수행될 수 있다. 획득된 데이터는 다양한 기준, 트레이드오프 및/또는 고려사항에 기초하여 선택될 수 있고 데이터 프로세서(114), 커브 피터(150), 및/또는 영상 프로세서(152)에 의해 사용될 수 있는 원하는 모델에 인가될 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, T2 맵들이 3-파라미터 피트 모델(three-parameter fit model)을 사용함으로써 커브 피터(150)에 의해 생성된다.
상이한 T2-가중들을 갖는 영상들이 획득된 때에, 수개의 영상화 펄스들이 k-스페이스의 중심이 획득될 때까지 인가된다. 이들 영상화 펄스들은 자화가 평형 자화와는 다른 정상 상태에 도달하게 한다. 그 차이는 다음의 형태를 취하는 예시적인 실시예에 따라 3-파라미터 모델을 사용하여 특징지어질 수 있다:
[수학식 3]
Figure 112015097115823-pat00003
여기서, S는 주어진 위치에서의 신호 강도이고, A는 예를 들면 평형 자화 및 로컬 수신기 코일 이득을 포함하는 기본 파라미터이며, T는 T2 준비 에코 시간이고, B는 영상 획득 윈도우 동안에 T1 회복 효과에 기인한 추가 오프셋 파라미터이다.
커브 피터(150)는 획득된 T2-가중된 영상들, 즉 상이한 T2 에코 시간으로 가중된 영상들, 및 포화-준비 영상을 처리하여, 각 픽셀에서 3-파라미터 모델을 사용함으로써 T2-감쇠 곡선을 피트해서, 사용자에게 영상으로서 표시될 수 있는 T2 맵을 산출한다. 예를 들면, 표시된 영상은 컬러 영상일 수 있다.
특히, 예시적인 시퀀스들에서의 SAT 펄스들의 사용은 영상화 펄스들의 효과를 포착하는 3-파라미터 모델의 경우에서의 B 오프셋의 정확한 피팅을 허용한다. SAT 펄스 후의 영상화는 포화 영상화 획득에서의 영상화 펄스들이 추종되는, 모든 자화 이력이 소거된 경우의 획득, 즉 완전한 T2 감쇠를 시뮬레이션한다. 즉, 오프셋 값 B를 추정하기 위해서, 상술한 시퀀스들 및 유사한 시퀀스들은, 자화 곡선 상의 영상화 펄스들의 효과를 포착하고 오프셋 파라미터 B의 추정을 개선하는 포화-준비 영상을 얻도록, 매우 긴 TET2P에서의 획득, 즉 무한대와 같은 TET2P로 영상의 등가물을 시뮬레이션하는, 포화 펄스 SAT 후에 실행되는 영상화 모듈을 포함한다. 임의의 플립 각도 결함의 경우, 이 방법은 모든 T2Prep 영상들에 걸쳐서 동일한 효과를 균일하게 갖는 것을 도와서, 피팅 공정, 및 차후의 최종 추정된 T2 시간의 영향을 최소화한다.
따라서, 상술한 펄스 시퀀스들 또는 유사한 시퀀스들 및 식 3의 3-파라미터 모델의 사용은 T2 시간의 정확한 특징화를 허용하는 피팅 구성을 작성한다.
원하는 모델이 선택되고 사용된 후, 예를 들면 획득된 데이터를 사용하여 작성된 T2 맵을 포함하는 리포트가 생성될 수 있다.
새로운 펄스 시퀀스의 정확도, 정밀도, 재현성을 연구하였고 결과를 이하에서 설명한다. 예시적인 자유 호흡 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스는 관련 기술의 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스와 유사한 재현성 및 정밀도를 갖지만 데이터 획득 효율에 있어서 4-폴드(4-folds) 향상을 갖는 20회의 심장박동에서의 5개의 좌심실 슬라이스의 T2 측정을 허용한다.
팬텀 영상화
32-채널 심장 코일 어레이를 사용하여 T2 시간의 정확도, 정밀도, 및 재현성을 특징짓도록 팬텀 연구가 수행되었다.
팬텀 영상화 실험에서, 상술한 시퀀스 및 슬라이스-선택 T2Prep가 없는 관련 기술의 단일 슬라이스 시퀀스로 얻어진 추정된 T2 시간을 비교하였다. T2 및 T1 값이 소정 범위의 값들에 걸쳐진, 팬텀 포함 NiCl2 도핑된 아가로스 바이얼(agarose vial)들이 혈액 및 심근에서 발견되었다. 싱글샷 ECG-트리거형 정상 상태 자유 세차(steady-state free precession; SSFP) 시퀀스가 다음의 파라미터들을 갖는 상술한 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스로 영상화하기 위해 사용되었다: 5개의 슬라이스, FOV= 240×240mm2, 평면내 해상도 = 2×2mm2, 슬라이스 두께 = 8mm, TR/TE = 2.2ms/1.1ms, 플립 각도 = 40°, 10개의 선형 램프업(ramp-up) 펄스, SENSE 레이트 = 2, 획득 윈도우 = 138ms, 위상 인코딩 라인의 수 = 51, 선형 k-스페이스 순서. TET2P = 8를 시뮬레이션하도록 하는 포화 펄스 후의 단일 영상 이외에, 상이한 TET2P = 0, 25, 및 50ms에서 3개의 상이한 TET2P 영상이 획득되었다(슬라이스 당 총 4개의 영상).
비교를 위해, 관련 기술의 비선택 T2Prep 시퀀스를 사용하여 2D 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스를 수행해서 5개의 예시적인 시퀀스 슬라이스의 중간 슬라이스, 즉 세번째 슬라이스에 대응하는 팬텀의 하나의 슬라이스를 영상화하였다. 동일한 영상화 및 TET2P 타이밍 파라미터들을 관련 기술의 비선택 T2Prep 시퀀스를 위해 사용했지만, 완전한 스핀들의 회복을 허용하기 위해서 각 영상 다음에 4초의 휴지 기간을 갖는다. 상술한 바와 같이, 3-파라미터 피트 모델을 사용하여 T2 값들을 계산하였다. 측정 재현성에 대한 액세스를 위해서, 각 시퀀스를 무작위 순서로 10회 반복하였다. 또한, 32의 에코 트레인 길이 및 TE = 10ms를 갖는 CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill) 스핀-에코 시퀀스를 참조로 수행하였다. 스캔 파라미터들은, FOV = 240×240㎟, 평면내 해상도 = 1.25×1.25㎟, 슬라이스 두께 = 4mm, TR = 6000ms, 플립 각도 = 90°, 평균들의 수 = 4이었다. 참조 T2 값들은 스핀 에코 신호에 맞춰지는 2-파라미터 모델로부터 얻어졌다.
체내 영상화
10명의 건강한 성인(29.2±17.8세, 범위: 19 - 70세, 4명의 남자)을 모집하였다. 또한, 임상 CMR을 문의한 28명의 환자를 또한 모집해서 단일의 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스를 획득함으로써 환자들의 예시적인 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스의 실현 가능성을 입증하였다. 각각의 건강한 대상자를 슬라이스-선택 T2Prep를 갖는 예시적인 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스 및 슬라이스-선택 T2Prep가 없는 관련 기술의 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스로 영상화하였다. 재현성에 대한 액세스를 위해서, 각 시퀀스를 각 대상자마다 5회 획득하였다. 양 시퀀스들을 자유 호흡 조건 하에서 수행하고 우측편 횡경막(RHD) 상에 위치한 2D 펜슬-빔 NAV를 사용하여 영상화 동안에 호흡 동작을 트랙킹하고 슬라이스 위치에 대해 전향적으로 보정하였다. NAV 트랙킹은 10ms에서의 16개의 나선형 여기 턴(spiral excitation turn)을 갖는 2D 공간적 선택 나선형 펄스(2D spatially selective spiral pulse), 및 90° 플립 각도를 사용하여 50mm의 직경을 갖는 RHD 상에 중심이 맞춰진 원형 영역에서의 자화를 여기시켰다. 모든 스캔을 짧은 축 방향으로 획득하였다.
예시적인 시퀀스는 다음의 파라미터들을 갖는 자유 호흡 싱글샷 ECG-트리거형 슬라이스-선택 T2Prep 밸런스드(bSSFP) 획득을 사용하였다: 5개의 슬라이스, FOV = 320×320㎟, 평면내 해상도 = 2.5×2.5㎟, 슬라이스 두께 = 8mm, 슬라이스 갭 = 4mm, TR/TE = 2.2ms/1.1ms, 플립 각도 = 40°, 10개의 선형 램프업 펄스, SENSE 레이트 = 2, 획득 윈도우 = 140ms, 위상 인코딩 라인의 수 = 67, 선형 k-스페이스 순서. 팬텀 실험과 마찬가지로, SAT 영상 이외에, TET2P = 0, 25, 및 50ms로 3개의 영상을 획득하였다(슬라이스 당 총 4개의 영상).
비선택 T2Prep 펄스들을 갖지만 예시적인 시퀀스와 동일한 영상화 및 TET2P 타이밍 파라미터들을 사용하여 관련 기술의 T2 매핑 시퀀스를 수행해서 예시적인 시퀀스의 중간 슬라이스에 대응하는 하나의 2D 단일 슬라이스를 영상화하였다. 관련 기술의 단일 슬라이스 시퀀스는 완전한 스핀 회복을 허용하도록 각 T2-가중된 영상 획득 후에 4초의 휴지 기간을 사용하였다. 획득 시간은 13회의 심장박동이었다.
데이터 분석
팬텀 데이터에 대해, 3-파라미터 피팅 모델을 사용하여 복셀 방식(voxel-wise) T2 맵들을 생성하였다. 다음과 같이 정확도, 정밀도 및 재현성을 평가하였다. 스핀 에코 데이터(관심 영역SE)에서의 각 바이얼마다 관심 영역(관심 영역)을 수동으로 정의하였다. 마찬가지로, 2개의 연구 시퀀스(관심 영역seq)로 얻어진 데이터에서의 각 바이얼마다 제2 관심 영역을 정의하였다. 관심 영역seq(v)에서의 평균 T2와 관심 영역SE(v)에서의 평균 참조 T2의 평균(10회 반복 이상) 간의 차로서 각 바이얼(v)마다 정확도를 측정하였다. 관심 영역seq(v)에서의 T2 표준 편차의 평균(10회 반복 이상)으로서 각 바이얼(v)마다 정밀도를 측정하였다. 관심 영역seq(v)에서의 평균 T2의 표준 편차(10회 반복 이상)로서 각 바이얼(v)마다 재현성을 측정하였다.
체내 데이터에 대해, 예를 들면, Magnetic Resonance in Medicine (2014)에서, Roujol S, Foppa M, Weingartner S, Manning WJ, Nezafat R에 의해 "Adaptive registration of varying contrast-weighted images for improved tissue characterization (ARCTIC): Application to T1 mapping"로 명명된 논문에 설명된 바와 같이, 잔류하는 평면내 모션을 보상하도록 비강성(non-rigid) 영상 정합 알고리즘을 사용하여 영상들을 후향적으로(retrospectively) 정합시켰다. 이 알고리즘은 비강성 모션 필드 및 강도 변동을 동시에 추정하고, 자동 피쳐 트랙킹(automatic feature tracking)을 사용하여 변형 필드(deformation field)를 제약하도록 추가적인 정규화 항(regularization term)을 이용한다.
정합 시, 복셀 방식 커브 피팅을 수행하여, 3-파라미터 피팅 모델을 사용하여 T2 맵들을 생성하였다. 그런 다음, AHA 심근 세그먼트 모델 다음에 심근 세그먼트 기반 분석을 수행하였다. 모든 슬라이스에서의 각 T2 맵마다 경험이 있는 판독자가 심외막 및 심내막 윤곽들을 수동으로 인출하였다. 심근을 다중 슬라이스 결과(3개의 중간 심실 슬라이스)에 대해 16개의 세그먼트로, 단일 슬라이스 결과에 대하여 6개의 세그먼트로 분할하였다. 각 대상자 및 세그먼트마다, T2 값들의 평균 및 표준 편차를 계산하였다. 표준 편차는 정밀도의 대용으로 제공되었다. 각 대상자마다, 각 세그먼트의 평균 T2 값들의 표준 편차(5회 반복 이상)를 계산하였고 재현성의 대용으로 제공하였다. 모든 계산은 Matlab(v7.14, The MathWorks, Natick, MA)을 사용하여 수행되었다.
환자들의 데이터에 대해, 최고 및 최저 슬라이스를 제외하고, 중간의 3개의 슬라이스에 기초하여 불즈아이 정량화(bullseye quantification)를 계산하였다.
통계 분석
쌍을 이룬 스튜던트 t-테스트(paired Student t-test)를 이용하여 p ＜ 0.05로 정의된 통계적 유의성 임계값(statistical significance threshold)을 갖는 팬텀 연구 및 체내 측정 양쪽에서 예시적인 시퀀스, 및 관련 기술의 단일 슬라이스 시퀀스의 정확도, 정밀도 및 재현성을 비교하였다. 체내 연구에서, 일원 ANOVA 테스트(one-way ANOVA test)를 이용하여 p ＜ 0.05로 정의된 동일한 통계적 유의성 임계값을 갖는 상이한 심근 레벨(특히, 최저, 중간 및 최고 레벨)에서 T2 측정들을 비교하였다.
도 9는, 상이한 T1/T2 값들을 갖는 한 세트의 팬텀 바이얼들을 사용함으로써, 관련 기술의 단일 슬라이스 및 예시적인 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스들을 사용하여 팬텀 연구에서 얻어진 T2 측정들의 정확도, 정밀도, 및 재현성을 각각 나타내는 그래프들(500, 502, 및 504)을 나타내고 있다. 각 시퀀스를 10회 반복하였다. 정확도를 전체 10회 반복에 걸친 평균 T2 시간과 스핀 에코 T2 측정들 간의 차로서 정의하였다. 정밀도를 각 바이얼 이내의 평균 T2 시간의 전체 10회 반복에 걸친 표준 편차로서 정의하였다. 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스는 단일 슬라이스 시퀀스와 비교했을 때에 유사한 절대 정확도(p=0.915), 정밀도(p=0.26), 및 재현성(p=0.29)을 산출한다.
정상 심근의 범위(즉, T2=40 내지 60ms)와 매칭하는 T2를 갖는 바이얼들에 대해, 다중 슬라이스 T2 값들은 스핀 에코 측정들로부터 5ms 이내이었고 단일 슬라이스 시퀀스에 대해 9ms 이내이었다. 모든 바이얼들에 걸쳐서, 다중 슬라이스 T2 측정들은 단일 슬라이스 측정들(p＜0.05)보다도 낮지만, 스핀 에코 측정들(p=0.24)과 유사하다. 임의의 바이얼에 대한 2개의 시퀀스 간의 정밀도 및 재현성(각각 p=0.26, 0.29)에 있어서 현저한 차이가 발견되지 않았다.
도 10a 및 도 10b는 각각 관련 기술의 단일 슬라이스 시퀀스 및 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스를 사용하여 스핀 에코 영상들로부터 측정된 참조 T2 값들(x축)과 반복들에 걸쳐서 추정된 T2 값들의 평균(y축) 간의 회귀 분석을 나타낸다. 도 10c는 관련 기술의 단일 슬라이스 시퀀스 및 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스의 T2 측정들 간에 얻어진 회귀 분석을 나타낸다.
다중 슬라이스 측정들은 스핀 에코 및 단일 슬라이스 측정들 양쪽과 양호한 상관 관계(각각 r2=0.88 및 0.98)를 나타낸다. 단일 슬라이스 시퀀스에 비해서, 다중 슬라이스 시퀀스를 사용할 때에 약간 낮은 T2 값들을 나타내는 0.8의 회귀 경사를 갖는 단일 대 다중 슬라이스 시퀀스로부터 측정된 T2 값들 간에 강한 상관 관계(r2=0.98)가 있다.
도 11은 하나의 건강한 대상자의 예시적인 시퀀스의 제1 내지 제5 반복(참조 번호 510, 512, 514, 516, 및 518)으로 얻어진 체내 T2 맵들의 예를 나타낸다. 맵들은 모든 슬라이스 및 심근 세그먼트에 걸쳐서 시각적으로 동질인 것으로 보이며, 따라서 T2 값들의 낮은 공간 변동성을 보여준다. 예시적인 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스의 품질은 5회의 반복 스캔에 걸쳐서 시각적으로 유사하게 보이고, 따라서 예시적인 방법의 양호한 재현성을 보여준다.
도 12a 및 도 12b는 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스에 기초한 T2 정량화의 예를 나타내고 있다.
도 12a는 5회의 반복 중 하나로부터 하나의 건강한 대상자에서 얻어진 T2 정량화의 불즈아이를 나타내고 있다.
도 12b는 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스 대 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스 간의 모든 건강한 대상자에 대한 상이한 심장 레벨들(최저, 중간 및 최고 레벨)에서의 평균 T2 값들을 나타낸다. ANOVA 테스트에서는 3개의 심실 레벨에 걸쳐서 T2 값들 간에 현저한 차이가 없었다((p=0.54).
도 13은 10명의 건강한 대상자의 전체 심근에 걸쳐서 체내 T2 정량화의 객체 기반 분석을 나타내고 있다. 그래프들(530, 532, 및 534)은 각 대상자마다 얻어진 다중 슬라이스 및 단일 슬라이스 시퀀스의 T2 측정, 정밀도, 및 재현성을 각각 나타내고 있다. 다중 슬라이스 및 단일 슬라이스 시퀀스에서의 전체 중간 심실 슬라이스에 걸쳐서 정확도, 정밀도 및 재현성을 측정하였다. 전체 심근에 걸쳐서, 평균적으로, 단일 슬라이스 시퀀스와 비교해서, 유사한 T2 값들 측정(48±5.6ms 대 단일 슬라이스 시퀀스를 사용한 51±3.4ms, p=0.1), 정밀도(11±4.0ms 대 10±1.5ms, p=0.6) 및 재현성(3±1.8ms 대 1.7±1ms, p=0.11)이 다중 슬라이스 시퀀스에서 얻어졌다.
도 14a, 도 14b, 및 도 14c는 각각 측정, 정밀도, 및 재현성에 대한 건강한 대상자들의 T2 매핑의 체내 심근 세그먼트 기반 분석을 나타내고 있다.
각 불즈아이에서의 값들은 세그먼트들의 값들의 평균이 아닌 전체 심근에 걸친 측정값을 표현한다. 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스 측정들은 단일 슬라이스 시퀀스 측정들과 비교했을 때에 낮은 세그먼트 방식 T2 값들(48±3ms 대 51±2ms, p＜0.05) 및 유사한 범위의 정밀도(9.8±2ms 대 9.5±3ms, p=0.36) 및 재현성(3.3±1.2ms 대 3.7±1.2ms, p=0.08)으로 이어졌다.
높은 정밀도의 T2 측정들이 양쪽 시퀀스들에 대하여 자유벽(free-wall) 세그먼트들에 비해서 중격(septal) 세그먼트에서 얻어졌다((7.5ms 대 11.5ms, 단일 슬라이스 시퀀스에서 p＜0.05, 및 6.5ms 대 12ms, 및 다중 슬라이스 시퀀스에서 p＜0.05). 도 14c에 나타낸 바와 같이, 재현성도 다중 슬라이스 시퀀스에서의 중격 세그먼트들에서 보다 양호하지만(2.5ms 대 5ms, p＜0.05), 단일 슬라이스 시퀀스에서의 중격 및 자유벽 세그먼트들 간에 현저한 차이는 없다(3ms 대 4ms, p=0.33).
도 15a 및 도 15b는 대상자들의 전체 슬라이스 기반 T2 맵 품질의 주관적인 정성 분석을 나타내고 있다. 후술하는 바와 같이, T2-가중된 영상 품질, 정합 품질, 및 최종 T2 맵들의 품질을 다루는 슬라이스 기반 4점 스케일을 이용하여 2명의 경험이 있는 판독자의 합의에 의해 품질을 평가하였다.
도 15a는 평가를 위해 사용된 4점 스케일을 도시하고 있다: 1은 비진단 T2 맵(수개의 모션 인공물 또는 불량한 영상 정합 때문에 맵에서 신뢰도가 매우 낮음)으로 주어지고, 2는 적정 T2 맵(맵의 2개 또는 3개의 세그먼트에서는 신뢰도가 낮지만 나머지에서는 신뢰도가 높음)으로 주어지며, 3은 양호한 T2 맵(많아야 하나의 세그먼트에서의 인공물의 작은 국소 영역을 제외하고는 맵의 대부분이 우수함)으로 주어지고, 4는 우수한 T2 맵(맵에서의 모든 세그먼트에서 신뢰도가 높음)으로 주어진다.
도 15b는 48개의 슬라이스 맵을 갖는 28명의 환자의 영상화를 위해 얻어진 전체 스코어를 나타내고 있다.
도 15b에 나타낸 바와 같이, 예시적인 다중 슬라이스 시퀀스로 얻어진 T2 맵들의 약 86%가 양호 내지 우수한 영상 품질이었다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들은 인터리빙된 슬라이스 획득 체계와 조합해서 슬라이스-선택 T2Prep 시퀀스를 구현함으로써 신규의 자유 호흡 다중 슬라이스 심근 매핑 시퀀스를 제공한다. 따라서, 스캔 시간이 실질적으로 감소될 수 있고, 데이터 획득 효율이 실질적으로 증가될 수 있어, 슬라이스-선택 T2Prep 시퀀스를 이용하지 않는 관련 기술의 단일 슬라이스 T2 매핑 시퀀스를 이용하여 획득된 하나의 단일 슬라이스의 비교 가능한 스캔 시간에서 많은 슬라이스들의 커버리지를 허용한다. LV 커버리지의 5개의 슬라이스를 갖는 20회의 심장박동 자유 호흡 T2 매핑 시퀀스는 상기한 예들에 의해 입증된 바와 같이 임의의 임상 CMR 영상화 프로토콜에 용이하게 통합될 수 있다.
예시적인 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스는 자유 호흡 동안에 획득된다. 예를 들면, 관통 평면 모션을 최소화하는 전향적 슬라이스 트랙킹 및 평면내 모션의 영향을 감소시키는 후향적 모션 보정 중 적어도 하나가 상술한 바와 같이 자유 호흡 T2 영상화 동안에 사용될 수 있다.
예시적인 시퀀스는 보다 높은 공간 해상도 2D 매핑을 획득하도록 심근 T2 매핑용 세그먼트형 데이터 획득을 위해 용이하게 적응될 수 있다. 상이한 k-스페이스 세그먼트들에 대한 데이터 획득은, 슬라이스들이 예시적인 시퀀스로 인터리빙되는 것과 동일한 방식으로 인터리빙될 수 있고, 따라서 전체 2D k-스페이스 데이터를 획득하도록 시간 효율 방식으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들은 다중 슬라이스 T2 맵들을 영상화하기 위한 MRI 펄스 시퀀스를 제공한다. 이 시퀀스는 슬라이스-선택 T2Prep 펄스들을 사용하여 생성된, 상이한 T2 가중들을 갖는 영상들을 샘플링하는 것을 포함한다. 이는, 상이한 슬라이스들이 최종 획득된 슬라이스에서의 스핀 회복 동안에 획득될 수 있기 때문에, 관련 기술에서와 같이, 각 영상의 획득 후에 자화 회복을 위한 휴지 기간의 필요 없이 고속의 인터리빙 다중 슬라이스 획득을 허용한다.
따라서, 심장 영상화를 위해서, 예시적인 실시예들은 슬라이스 인터리빙 ECG-트리거형 SSFP 영상화와 새로운 슬라이스-선택 T2Prep 합성 펄스를 조합함으로써 자유 호흡 다중 슬라이스 T2 매핑 시퀀스를 제공한다.
하나 이상의 예시적인 실시예가 심장박동 및/또는 호흡을 동조화하도록 심장 동조화 획득 및 내비게이터 펄스를 사용하여 상기에서 설명되어 있지만, 예시적인 실시예들이 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상술한 것은 심장 동조화 및/또는 호흡 동조화를 필요로 하지 않는 기관들 및 조직들, 예를 들면 뇌 또는 간의 영상화에 적용 가능하다. 예를 들면, ECG 신호 및/또는 호흡 신호는 상술한 시퀀싱으로부터 생략될 수 있고, 다른 물리, 하드웨어, 또는 소프트웨어 신호가 트리거로서 그리고/또는 동조화를 위해 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들은 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소들에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어 구성요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성될 수 있다. 소프트웨어 구성요소는 객체 지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들, 및 태스크 구성요소들, 및 프로세스들, 기능들, 속성들, 절차들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 상이한 구성요소들에 의해 제공된 기능들은 보다 작은 수의 구성요소들로 결합될 수 있거나, 또는 추가 구성요소들로 더욱 분리될 수 있다.
상기한 예시적인 실시예들 및 이점들은 단지 예시일 뿐 한정하려는 것으로 이해해서는 안된다. 살숭한 실시예는 다른 타입의 장치들에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들의 설명은 예시하고자 하는 것이며, 특허청구범위의 범주를 한정하고자 하는 것이 아니며, 많은 대체예, 변경예, 및 변형예가 당 기술분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다.

Claims (23)

  1. 대상자의 관심 영역(region of interest) 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스의 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계;
    상기 제1 영상 획득 모듈과 상이한 T2 준비 시간(T2 preparation time)으로, 관심 영역의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 및
    상기 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 상기 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스는 상기 제1 영상 획득 모듈 및 상기 제2 영상 획득 모듈 전반에 걸치는 연속 데이터 획득 블록들을 포함하고,
    상기 데이터 획득 블록들 각각은 하나의 슬라이스의 자기 공명 데이터 획득과 연관되고, 영상화 모듈이 추종되는 슬라이스-선택 자화 준비 모듈(slice-selective magnetization preparation module)을 포함하는 자기 공명 영상화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 데이터 획득 블록들 각각은 상기 관심 영역의 상기 슬라이스들 중 하나의 단일 영상을 획득하도록 구성된 싱글샷(single-shot) 획득 블록을 포함하고,
    상기 데이터 획득 블록들의 각각의 차후 데이터 획득 블록은 선행하는 데이터 획득 블록의 실행 후에 휴지 기간을 생략하여 실행되는 자기 공명 영상화 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계 및 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계는, 상기 대상자의 자유 호흡(free-breathing) 동안에 상기 제1 자기 공명 데이터 및 상기 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 슬라이스-선택 자화 준비 모듈들 각각을 수행하기 직전에 내비게이터(navigator) 영상 데이터를 획득하도록 내비게이터 모듈을 수행하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 T2 맵을 생성하는 단계는, 상기 내비게이터 영상 데이터에 기초하여 전향적 동조화(prospective gating)를 수행하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스는 각각의 영상화 모듈이 각각 추종되는 연속 실행 자화 준비 모듈(sequentially executed magnetization preparation module)들을 포함하고,
    상기 제1 영상 획득 모듈 내에 포함된 상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 제1 영상 획득 모듈의 실행에 있어서 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대하여 제1 T2 준비 시간으로 T2-가중되는 상기 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록, T2-준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하며,
    상기 제2 영상 획득 모듈 내에 포함된 상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 제2 영상 획득 모듈의 실행에 있어서 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대하여, 상기 제1 T2 준비 시간과는 다른 제2 T2 준비 시간으로 T2-가중되는 상기 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 T2-준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하는 자기 공명 영상화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬라이스-선택 펄스들 각각은 상기 관심 영역 내에 포함된 상기 슬라이스들의 선행하는 슬라이스의 회복 기간 동안에 각각의 차후 슬라이스를 선택적으로 여기시키는 자기 공명 영상화 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 대상자의 심장 사이클(cardiac cycle)에 기초하여 상기 슬라이스들 각각의 자기 공명 데이터 획득을 동조화시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 슬라이스-선택 펄스들 각각은 상기 대상자의 상기 심장 사이클에서의 대응하는 위치에서 수행되는 자기 공명 영상화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 T2 맵을 생성하는 단계는,
    복수의 위치에서 T2 값을 다음의 수학식 1과 같이 결정하도록 기본 강도 파라미터, 조직 T2 값, 및 오프셋 파라미터에 대한 영상 신호를 모델링하는 T2 감쇠에 대한 3-파라미터 모델(three-parameter model)에 기초한 T2-이완 모델을 사용함으로써 상기 T2 맵을 생성하는 단계를 포함하되,
    [수학식 1]
    Figure 112015097115823-pat00004

    여기서, S는 상기 복수의 위치 내의 주어진 위치에서의 영상 신호 강도이고,
    A는 기본 강도 파라미터이며,
    t는 T2-준비 시간이고,
    B는 영상 획득 동안에 T1 회복 효과를 보상하는 오프셋 파라미터인 자기 공명 영상화 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상 획득 모듈 및 상기 제2 영상 획득 모듈은 상기 관심 영역 내에 포함된 상기 슬라이스들로부터 각각 복수의 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 펄스 시퀀스 내에 포함된 복수의 상기 영상 획득 모듈들 내에 포함되고,
    상기 복수의 영상 획득 모듈 각각은 각각의 영상화 모듈이 각각 추종되는 자화 준비 모듈들을 포함하며,
    상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 복수의 영상 획득 모듈 각각에 대해 다양하게 T2-가중되고 동일한 영상 획득 모듈 내의 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대해 동일한 T2-가중으로 가중되는 상기 복수의 자기 공명 데이터를 획득하도록, T2-준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하고,
    상기 제1 자기 공명 데이터 및 상기 제2 자기 공명 데이터는 상기 복수의 자기 공명 데이터 내에 포함되는 자기 공명 영상화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 영상 획득 모듈의 최종 영상 획득 모듈이 실행된 후에 상기 관심 영역에 포화 펄스 시퀀스(saturation pulse sequence)를 인가하는 단계; 및
    상기 관심 영역의 상기 슬라이스들로부터, 긴 T2 준비 시간 시뮬레이팅 무한대(long T2 preparation time simulating infinity)로 가중되는 T2-가중된 데이터를 획득하도록, 상기 포화 펄스 시퀀스 다음에 영상화 펄스들을 인가하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 최종 영상 획득 모듈은 상기 복수의 영상 획득 모듈 중에서 최종적으로 실행되는 자기 공명 영상화 방법.
  12. 펄스 시퀀스를 생성하고 상기 생성된 펄스 시퀀스를 경사 코일 어셈블리 및 RF 코일 어셈블리에 인가하되, 상기 생성된 펄스 시퀀스는, 대상자의 관심 영역(관심 영역) 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하는 제1 영상 획득 모듈 및 상기 제1 영상 획득 모듈과는 상이한 T2 준비 시간으로 상기 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하는 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 포함하는 펄스 시퀀스 컨트롤러; 및
    상기 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 상기 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하도록 구성된 영상 프로세서;를 포함하는 자기 공명 영상화 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스 컨트롤러는, 영상화 모듈이 추종되는 슬라이스-선택 자화 준비 모듈을 각각 포함하는 연속 데이터 획득 블록들을 포함하는 상기 펄스 시퀀스를 생성하고, 상기 데이터 획득 블록들 각각을 하나의 슬라이스로부터의 자기 공명 데이터 획득과 연관시키며, 상기 제1 영상 획득 모듈 및 상기 제2 영상 획득 모듈 내의 상기 데이터 획득 블록들을 실행시키도록 구성되는 자기 공명 영상화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 데이터 획득 블록들 각각은 상기 관심 영역의 상기 슬라이스들 중 하나의 슬라이스의 단일 영상을 획득하도록 구성된 싱글샷 획득 블록이고,
    상기 데이터 획득 블록들의 각각의 차후 데이터 획득 블록은 선행하는 데이터 획득 블록의 실행 후에 휴지 기간을 생략함으로써 수행되는 자기 공명 영상화 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스 컨트롤러는 상기 대상자의 자유 호흡 동안에 상기 제1 자기 공명 데이터 및 상기 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 각각의 상기 슬라이스-선택 자화 준비 모듈들 직전의 내비게이터 영상 데이터를 획득하는 내비게이터 모듈을 실행하도록 구성되는 자기 공명 영상화 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 영상 프로세서는, 상기 내비게이터 영상 데이터에 기초하여 전향적 동조화를 수행함으로써 상기 T2 맵을 생성하도록 구성되는 자기 공명 영상화 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스 컨트롤러는 각각의 영상화 모듈이 각각 추종되는 연속 실행 자화 준비 모듈들을 포함하는 상기 펄스 시퀀스를 생성하도록 구성되고,
    상기 제1 영상 획득 모듈 내에 포함된 상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 제1 영상 획득 모듈의 실행에 있어서 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대하여 제1 T2 준비 시간으로 T2-가중되는 상기 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록, T2-준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하며,
    상기 제2 영상 획득 모듈 내에 포함된 상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 제2 영상 획득 모듈의 실행에 있어서 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대하여, 상기 제1 T2 준비 시간과는 다른 제2 T2 준비 시간으로 T2-가중되는 상기 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 T2- 준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하는 자기 공명 영상화 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 슬라이스-선택 펄스들 각각은 상기 관심 영역 내에 포함된 상기 슬라이스들의 선행하는 슬라이스의 회복 기간 동안에 각각의 차후 슬라이스를 선택적으로 여기시키는 자기 공명 영상화 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 대상자의 심장 사이클을 검출하도록 구성된 센서를 더 포함하고,
    상기 펄스 시퀀스 컨트롤러는 상기 대상자의 상기 심장 사이클에 기초하여 상기 슬라이스들 각각의 자기 공명 데이터 획득을 동조화하고, 상기 대상자의 상기 심장 사이클 내의 대응하는 위치에서 상기 슬라이스-선택 펄스들 각각을 실행하도록 구성되는 자기 공명 영상화 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 영상 프로세서는 복수의 위치에서 T2 값을 다음의 수학식 1과 같이 결정하도록 기본 강도 파라미터, 조직 T2 값, 및 오프셋 파라미터에 대한 영상 신호를 모델링하는 T2 감쇠에 대한 3-파라미터 모델에 기초한 T2-이완 모델을 사용함으로써 상기 T2 맵을 생성하도록 하되,
    [수학식 1]
    Figure 112017043712289-pat00005

    여기서, S는 상기 복수의 위치 내의 주어진 위치에서의 영상 신호 강도이고,
    A는 기본 강도 파라미터이며,
    t는 T2-준비 시간이고,
    B는 영상 획득 동안에 T1 회복 효과를 보상하는 오프셋 파라미터인 자기 공명 영상화 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 제1 영상 획득 모듈 및 상기 제2 영상 획득 모듈은 상기 관심 영역 내에 포함된 상기 슬라이스들로부터 각각 복수의 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 펄스 시퀀스 내에 포함된 복수의 상기 영상 획득 모듈들 내에 포함되고,
    상기 복수의 영상 획득 모듈 각각은 각각의 영상화 모듈이 각각 추종되는 자화 준비 모듈들을 포함하며,
    상기 자화 준비 모듈들 각각은 상기 복수의 영상 획득 모듈 각각에 다양하게 T2-가중되고 동일한 영상 획득 모듈 내의 슬라이스-선택 펄스들에 의해 선택된 상기 슬라이스들의 전부에 대해 동일한 T2-가중으로 가중되는 상기 복수의 자기 공명 데이터를 획득하도록, T2 준비 펄스들 및 연관된 슬라이스-선택 펄스들을 포함하고,
    상기 제1 자기 공명 데이터 및 상기 제2 자기 공명 데이터는 상기 복수의 자기 공명 데이터 내에 포함되는 자기 공명 영상화 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스 컨트롤러는 상기 복수의 영상 획득 모듈의 최종 영상 획득 모듈이 실행된 후에 상기 관심 영역에 포화 펄스 시퀀스를 인가하고, 상기 관심 영역의 상기 슬라이스들로부터, 긴 T2 준비 시간 시뮬레이팅 무한대로 가중되는 T2-가중된 데이터를 획득하도록, 상기 포화 펄스 시퀀스 다음에 영상화 펄스들을 인가하도록 구성되고,
    상기 최종 영상 획득 모듈은 상기 복수의 영상 획득 모듈 중에서 최종적으로 실행되는 자기 공명 영상화 장치.
  23. 자기 공명 영상화(MRI) 시스템의 컴퓨터에 의해 실행하였을 때, 상기 컴퓨터가, 대상자의 관심 영역(관심 영역) 내의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제1 자기 공명 데이터를 획득하도록 펄스 시퀀스의 제1 영상 획득 모듈을 수행하는 단계;
    상기 제1 영상 획득 모듈과는 다른 T2 준비 시간으로, 상기 관심 영역의 상이한 위치에 배치된 슬라이스들로부터 제2 자기 공명 데이터를 획득하도록, 상기 펄스 시퀀스의 제2 영상 획득 모듈을 수행하는 단계; 및
    상기 획득된 제1 자기 공명 데이터 및 상기 획득된 제2 자기 공명 데이터에 기초하여 T2 맵을 생성하는 단계;를 포함하는 방법을 실행하게 하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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